Автореферат (Синтез алгоритмов управления космическими аппаратами с учетом требований безопасности проведения динамических операций), страница 4

Решение задачи определяетпространственную ориентацию вектора тяги:12Rk.RkВ результате получили, что требуемое направление вектора ориентации Pkинвариантно к величинам полных приращений вектора скорости Vk и зависит лишьот текущего и требуемого вектора состояния КА, а также выбранной функциипрогноза. Полученные формулы служат для определения обобщенного алгоритматерминального управления в случае, когда параметры требуемой орбиты задаютсявсего тремя составляющими: наклонением, радиусом и скоростью в апоцентре.Таким образом, во второй главе сформированы математические моделидвижения, используемые в задаче анализа управляемого движения КА и предложеноалгоритмическое обеспечение, предназначенное для формирования начальнойорбиты с заданными параметрами (задача выведения), перевода на промежуточнуюи возвращение на опорную орбиту при выполнении маневра уклонения, удержаниеКА на расчетной орбите.Pk В третьей главе автором предложена методика построения и техническийоблик программно-моделирующего комплекса для отработки средств проведениядинамических операций КА.Основным функциональным назначением ПМК является: создание математических моделей систем КА и внешней среды сиспользованием языка или команд моделирования и набора проблемноориентированных программных модулей; организация дискретно-событийного взаимодействия моделей в модельном и вреальном времени с возможностью розыгрыша отказов и помех; управление процессом моделирования, как в диалоговом, так и в пакетномрежиме работы, написание сценариев моделирования; оперативное отображение результатов моделирования в графическом итабличном виде; регистрация и обработка результатов моделирования, взаимодействие сбортовыми регистраторами.Предлагаемая методика включает в себя: определение состава и структуры ПМК в целом определение состава, структуры и набора данных управляющего модуля определение состава и структуры системы ввода, хранения и первичнойобработки данных определениеперечнямакропрограмм,учитывающихособенностифункционирования конкретного КА и отдельных его подсистем в интересахрешаемой задачи.В работе на основе технической декомпозиции КА предлагается состав ииерархическая структура программно-моделирующего комплекса (см.

рис. 1).13На верхнем уровненаходится ядроПМК, котороеИнтеграторГрафическиймодульМодуль доступа квзаимодействует сбазе данныхбазой данных (БД),хранящей исходныеМодели бортовыхМодельданные длясистем КАвнешней средыБаза данныхмоделирования.i–ая фаза полѐтаЗаложенный в немпринцип объектно–ориентированногопрограммированияпозволяет легкоi–ая фаза полѐтаi–ая фаза полѐтамодифицироватьисходное ядро вРис.

1. Структурная схема программного комплексазависимости от фазыполета или постановки решаемой задачи, не меняя при этом сущностимоделирования. В состав ядра ПМК входят управляющий модуль, графическиймодуль и интегратор.В базе данных все необходимые параметры КА и внешней среды задаются взависимости от фазы полѐта. При этом предлагается считать, что процесс ввода КАв группировку, удержания, схода с орбиты и т.п.

состоит из «элементарных»событий – фаз полета. В работе под фазой полета понимается участок траектории,характеризуемый выполнением одной динамической операции.На следующем уровне иерархии находятся блоки моделированияфункционирования бортовых систем КА и воздействия внешней среды, которые всвою очередь делятся на конкретные модели. Эти блоки созданы независимо от ядраи конкретной БД. В них моделируются различные алгоритмы работы систем исоздаются модели внешних воздействий различной точности.

В ядре приорганизации моделирования возможно использование любой созданной модели тойили иной бортовой системы КА уже для конкретной динамической операции.Моделирование возмущений осуществляется с помощью одной из созданныхмоделей в зависимости от выбранного режима (номинальный, предельный,стохастический) и требуемой точности расчѐта.Принятая структура программного комплекса позволяет без труда варьироватьпараметры и алгоритмы работы любого компонента ПМК, не изменяя при этомдругие компоненты.

Это обеспечивает возможность разработки отдельных блоковПМК независимо друг от друга.одели бортовых систем (БС) представлены в виде динамическиподключаемых модулей, имеющих входные и выходные параметры, определяемыетребованиями ПМК, с которым они взаимодействуют. В тело каждой такойпроцедуры заложен алгоритм функционирования соответствующей бортовойсистемы. В зависимости от фазы полѐта в ПМК моделируется работа такихбортовых систем, как система ориентации; система коррекции орбиты; системанавигации; двигательная установка с исполнительными органами, системаразделения и т.п.

одель внешней среды включает в себя: модель гравитационногоКосмический мусорАтмосфера, СолнцеУправляющий модульГравитационное полеСистема разделенияДвигательная установкаСистема стабилизацииСистема наведенияСистема навигацииЯДРО14влияния Земли, модель гравитационного влияния Луны, модель гравитационноговлияния Солнца, модель влияния давления солнечного света, модель атмосферы,модель представления случайных воздействий.Управляющий модуль обеспечивает: вывод на экран многоканального меню,запуск расчѐта, координацию работы всех компонентов ПМК, передачу данныхмежду компонентами ПМК, вывод полученных результатов, запуск графическогомодуля. Управляющий модуль ПМК предлагается реализовать в видемногоуровневого приложения с элементами новизны, которые состоят в том, чтоотдельные элементы могут выполняться независимо и связываться между собой постандартным протоколам обмена.

В нашем случае предлагается использоватьтрехуровневую модель клиент-сервер, которая реализует пользовательскийинтерфейс и посылает запросы на выполнение нужных действий, сервераприложений, обеспечивающего синхронизацию работы всех компонентов системы иорганизации связей между ними, удаленного сервера баз данных, выполняющегозапросы от сервера приложений и не работающий напрямую с клиентскимипрограммами.Такой подход позволяет разгрузить компьютеры клиентов, повыситьотказоустойчивость и безопасность системы.

При этом благодаря тому, что удаетсявыделить детали логики приложения в отдельные компоненты, клиентскиепрограммы могут обращаться к одним и тем же компонентам для решенияразличных задач, а серверы приложений снимают все проблемы по синхронизацииих работы. Кроме того, в этом случае мы можем дальше «отойти» от проблемсовместимости операционных систем (ОС), поскольку все составные частивыполнены в соответствиисостандартами,Диспетчер событий иподдерживаемымиглобальных переменныхразличными ОС. БолееподробноархитектураМодельWebПользовательуправляющегомодуляоперациисерверпредставлена на рис.

2.одельоперацийБаза данныхреализована в соответствиисостандартомязыкапрограммированияиРис. 2. Архитектура управляющего модуляпредставляетсобойинформационную модель субъектов операции, отдельные элементы которых могутбытьпредставленыдифференциальнымиуравнениями,алгебраическимизависимостями, функциями времени, таблицами и т.д.База данных предназначена для информационного обеспечения комплекса.Для более эффективного взаимодействия как пользователя, так и программныхмодулей с БД предложены и реализованы: программные средства контроля доступа;программные средства организации связи с другими программными модулями ПМКи рабочий стол пользователя БД, реализующий объектно-ориентированный ипроцедурно-ориентированный интерфейсы.Основой управляющего модуля является разработанный автором диспетчерсобытий и глобальных переменных, который реализует механизм межпрограммного15взаимодействия между отдельными модулями системы.

Такой механизм необходимпо нескольким причинам: невозможно заранее точно определить интерфейс всехбиблиотек программ; невозможно заранее определить степень изменений, которыебиблиотеки могут вносить в программный комплекс; невозможно заранееопределить все события, происходящие в модели и реакции на них отдельныхподсистем.Программно он представляет собой автоматически подгружаемоеприложение, доступное любому другому приложению в любом местевычислительной среды в любой момент времени и выполняет следующий важныефункции: интеллектуальное хранилище данных моделирования; обеспечение межпрограммного взаимодействия.При таком подходе работа с объектом моделирования с точки зренияразработчика программного обеспечения состоит из нескольких этапов.На первом этапе с использованием созданной автором системой команд(языком описания): определяется объектно-ориентированная иерархическуюструктуру объекта моделирования; формируются исходные и текущие данные дляпроведения моделирования; описываются методы обработки данных; организуетсясценарий межпрограммного взаимодействия.На втором этапе разработчики программных модулей интегрируют своиприложения для работы с Диспетчером.